【導讀】在AI技術迅猛發展的當下，GPU的性能不斷躍升，其功耗也隨之水漲船高。這一變化使得AI服務器對供電的要求愈發嚴苛，供電需求呈爆發式增長態勢。在這一關鍵演進中，確保高壓電源在熱插拔、故障保護與實時監控方麵的可靠性，成為了AI基礎設施不可忽視的核心課題。本文聚焦於此
，探討模擬器件行業領導者ADI在此領域的創新，解析其麵向±400V/800V係統的熱插拔保護與高精度遙測技術，如何為下一代AI數據中心構建安全
、高效且智能的電力底座。

摘要

在AI技術迅猛發展的當下，GPU的性能不斷躍升
，其功耗也隨之水漲船高。這一變化使得AI服務器對供電的要求愈發嚴苛
，供電需求呈爆發式增長態勢。在這一關鍵演進中，確保高壓電源在熱插拔、故障保護與實時監控方麵的可靠性，成為了AI基礎設施不可忽視的核心課題。本文聚焦於此，探討模擬器件行業領導者ADI在此領域的創新，解析其麵向±400V/800V係統的熱插拔保護與高精度遙測技術，如何為下一代AI數據中心構建安全
、高效且智能的電力底座。

數據中心熱插拔控製器的未來發展

隨著AI工作負載不斷加重，服務器環境中的GPU催生了前所未有的供電需求
，推動機櫃級供電架構向800V轉型。這種高壓架構為係統保護與監控帶來了新的挑戰，尤其是在托盤帶電插拔的過程中。為應對這些挑戰
，需要新一代熱插拔控製器：不僅要具備管理高壓浪湧電流的能力，還要能提供可靠的遙測功能，以支持係統診斷與安全防護。ADI公司在12V與48V熱插拔技術領域是公認的領軍企業，如今正將這方麵的技術專長拓展至800V領域，以支持行業向高壓架構轉型。

為何800V架構至關重要？

在AI服務器基礎設施中，有兩大核心趨勢正推動機櫃級供電向更高電壓轉型。

1.GPU功耗持續攀升：隨著GPU的計算性能不斷提升，其供電需求也在大幅增加。

2.單機櫃計算密度增高：為實現大規模AI訓練與推理場景下的性能最大化
，並盡可能降低互聯延遲，越來越多的GPU被整合到單個機櫃中。這種共置方式通過縮短加速器之間的數據傳輸路徑，不僅提升了帶寬效率，還減少了通信開銷。

為滿足由此激增的機櫃級供電需求，行業正逐漸轉向分布式供電架構。在這種模式下，傳統供電元件（如配電單元(PDU)
、電池備份單元(BBU)與電容單元(CU)）不再部署在IT主機櫃內，而是轉移至相鄰的供電側櫃(sidecar)中。這種分離設計不僅支持800V等更高電壓的電力傳輸，還能騰出機櫃內的寶貴空間，用於容納更多計算資源。

現有的供電方式

AI機架采用48V彙流排進行供電（見圖1）。交流電通過機櫃內的電源單元(PSU)轉換為48V直流電源(VDC)。48V彙流排為以下設備供電：IT設備（包括服務器PSU、GPU節點、交換機）、自帶雙向直流-直流轉換器的電池備份單元(BBU)，以及用於快速暫態支撐與瞬態處理的超級電容單元(SCU)。

圖1.數據中心48V機櫃供電架構。

圖2.48V AI服務器。

機櫃上的每個節點（例如服務器托盤）都需要具備在設備運行狀態下實現接入與斷開的能力。試想這樣一個場景：一yi名ming技ji術shu人ren員yuan到dao現xian場chang更geng換huan服fu務wu器qi。為wei了le更geng換huan單dan台tai服fu務wu器qi而er關guan閉bi整zheng個ge機ji櫃gui是shi不bu可ke行xing的de。這zhe種zhong操cao作zuo會hui對dui數shu據ju中zhong心xin的de運yun行xing造zao成cheng極ji大da幹gan擾rao，更geng不bu用yong說shuo服fu務wu器qi停ting機ji帶dai來lai的de巨ju額e損sun失shi了le。隻zhi有you在zai出chu現xian重zhong大da電dian力li問wen題ti（如彙流排或設施供電相關故障）時，才會將機櫃下線。除此之外，節點均采用熱插拔方式：技術人員無需關閉其他任何設備，即可取下待更換節點
、完成替換並重新裝回。

在此過程中，節點的熱插拔控製器會在內部切斷電源，確保節點可安全移除
；而機櫃的彙流排仍保持通電狀態，繼續為其他所有節點
、BBU及SCUgongdian。dangtihuanjiediananzhuangdaoweihou，yuchongdiandianluhuizaiwanquanjietongqianxianzhilangyongdianliu
，zheyeshirechabakongzhiqideyixiangguanjiangongneng。suihou，tihuanjiedianhuizidongqidongbingzhongxinjieruAI集群（通常由編排工具負責負載再平衡）。

圖2展示了AI服務器從48V彙流排到處理器的供電分配情況
，其中清晰地將熱插拔控製器標注為“首個接口”


，讓技術人員能夠安全
、高效地移除節點。

ADI公司擁有豐富的48V熱插拔控製器產品係列，具備PMBus®電源監控功能

，例如LTC4286與LTC4287二者均為7 mm × 7 mm QFN封裝的熱插拔控製器
，分別采用單柵極與雙柵極架構。最近，該產品係列又新增了LTC4284雙柵極解決方案
，其封裝規格為5 mm × 8 mm QFN。

向更高電壓演進

隨著AI處理器的功耗不斷增加，機櫃級高壓直流配電正成為新的發展方向。ADI公司站在技術前沿，並與行業領先企業緊密合作，共同解決相關難題。

機櫃側已定義新的配電電壓等級（±400V或800V），由供電側櫃直接輸送至IT機櫃。圖3展示了這一擬議架構。

圖3.數據中心±400V/800V機櫃供電架構。

機(ji)櫃(gui)級(ji)電(dian)壓(ya)向(xiang)更(geng)高(gao)水(shui)平(ping)轉(zhuan)型(xing)的(de)主(zhu)要(yao)驅(qu)動(dong)力(li)，是(shi)單(dan)機(ji)櫃(gui)不(bu)斷(duan)攀(pan)升(sheng)的(de)供(gong)電(dian)需(xu)求(qiu)。隨(sui)著(zhe)供(gong)電(dian)功(gong)率(lv)增(zeng)加(jia)，流(liu)經(jing)彙(hui)流(liu)排(pai)的(de)電(dian)流(liu)也(ye)會(hui)相(xiang)應(ying)增(zeng)大(da)。為(wei)維(wei)持(chi)符(fu)合(he)要(yao)求(qiu)的(de)熱(re)性(xing)能(neng)與(yu)電(dian)性(xing)能(neng)，電(dian)流(liu)增(zeng)大(da)意(yi)味(wei)著(zhe)需(xu)要(yao)更(geng)大(da)、gengzhongdehuiliupai，erzhezaijixieshiyongxingyuxitongshejicengmiandailailejudatiaozhan。tongguotigaogongdiandianya，suoxudianliukeanbilijiangdi，congernenggoushiyongchicungengjincou、更易管理的彙流排及互聯元件。這種向更高電壓的轉型，對於在下一代AI服務器機櫃中實現可擴展、高效且機械可行的配電至關重要。

值得注意的是，這種架構演進過程中可能存在過渡階段：機櫃內仍使用48V彙流排。在此情況下，PSU會升級至更高功率規格，在機櫃側接收±400V/800V電壓，然後降壓轉換為48V，以適配現有的48V彙流排。但這並非長期方案，因為其供電能力存在局限（單機櫃功率可能最高僅達250kW）；而行業目標是實現單機櫃算力最大化，到本十年末將單機櫃供電功率提升至1MW。因此，PSU與BBU最適合部署在IT計算機櫃外部，如圖3所示。

未來
，固態變壓器有望投入使用，可直接向每個IT計算機櫃分配高壓
，無需再依賴這些供電側櫃。

熱插拔技術邁向新高度

ADIgongsizaishujuzhongxindianyuanlingyuyongyoushenhoudezhuanyejishujidian，zhengyuyunfuwutigongshangjibandaotizhizaoshanghezuo，gongtongkaifaxiayidaijiguijigaoyagongdianjiejuefangan。

要實現高壓熱插拔


，需明確諸多設計考量
，也需攻克各類技術難題，方能打造出最優解決方案。

•功率密度：功率密度是關鍵因素：因為±400V/800V熱插拔電路最終需集成在IT機櫃內的服務器卡上。這些服務器卡的空間極為寶貴，且隨著機櫃密度提升（即在單個機櫃內集成更多服務器），空間限製將愈發嚴格。因此，高壓熱插拔解決方案必須設計為占用盡可能小的空間。

•高壓控製與保護：向±400V及800V電壓轉型
，帶來了嚴峻的安全挑戰。48V電dian壓ya的de觸chu電dian風feng險xian極ji低di，而er高gao電dian壓ya則ze可ke能neng危wei及ji生sheng命ming。因yin此ci，熱re插cha拔ba電dian路lu必bi須xu在zai微wei秒miao級ji時shi間jian內nei處chu理li大da幅fu電dian流liu浪lang湧yong，精jing準zhun控kong製zhi變bian得de至zhi關guan重zhong要yao。管guan控kong浪lang湧yong電dian流liu上shang升sheng斜xie率lv是shi核he心xin，這zhe能neng避bi免mian機ji櫃gui設she備bei損sun壞huai

，同tong時shi保bao障zhang技ji術shu人ren員yuan安an全quan。此ci外wai

，係xi統tong還hai需xu協xie調tiao時shi序xu、檢測過流或欠壓事件，並在必要時實現平穩關機。

•遙測：作為節點供電路徑中的首個元件，熱插拔控製器是數據采集的理想位置。它必須精準測量電壓、電流與功率

，以滿足係統規格要求

，同時還需記錄過流
、欠壓、熱關斷等事件日誌。此外
，熱插拔控製器還應上報功率開關(MOSFET)或附近印刷電路板(PCB)區域的溫度數據。精準的熱插拔遙測技術能為係統帶來顯著價值：通過實時分析負載電流，改善能源需求預測。熱插拔環節收集的曆史電流數據，既支持預測性維護（例如在PSU觸發故障前識別異常）
，也能為機櫃級配電容量規劃模型提供數據支撐。ADI公司正積極開發新型高壓熱插拔控製器解決方案，以支持新興的機櫃級供電架構。依托在電源保護與遙測領域經過驗證的知識產權，ADI正將自身的技術能力拓展至±400V與800V領域。通過與領先的數據中心OEM及功率開關供應商合作
，ADI公司的下一代解決方案在設計上充分滿足熱插拔係統不斷演進的需求，包括緊湊的外形尺寸、精準的大功率控製及更高的數采精度。這些創新對於保障高壓AI服務器環境安全高效運行至關重要。

結語

本文重點闡述了AI服務器機櫃向800V供電架構轉型的關鍵趨勢，這一轉型旨在滿足先進GPU日益增長的功耗需求，並支持更高的計算密度。新架構將供電元件遷移至獨立的供電側櫃，從而優化主機櫃內計算資源的空間配置。ADI處於這一技術發展的前沿，所開發的下一代高壓熱插拔控製器能夠有效管理浪湧電流、tigongquanmiandexitongzhenduanyuanquanyaocegongneng，bingquebaoyunxingkekaoxing。congxitongcengmianshenshijiguigongdiandeyanjinhou，kaifazhekezhuliyunfuwuqitigongshangyuxitongjichengshanghuodexindedongcha，shixianchengbenjieyue。

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